При совершении покупок по ссылкам в наших статьях компания Future и ее партнеры по распространению информации могут получать комиссию.
Как определить вес планеты, невидимой с расстояния в несколько световых лет? Возможно, астрономы знают ответ — и он связан с «чтением между кольцами», то есть яркими, красивыми пылевыми структурами, которые новорожденные экзопланеты создают вокруг своих молодых звезд.
Планеты в целом рождаются из пыли, газа и мельчайших фрагментов, называемых «планетезималами», которые окружают молодые звезды. В результате, в своей относительной молодости эти миры все еще находятся в этом исходном материале, вращаясь в пластинчатых структурах, называемых протопланетными дисками. Однако недавние наблюдения показали, что, вращаясь вокруг своих родительских звезд, эти молодые экзопланеты также прокладывают себе пути в этом диске из газа и пыли.
Хотя подобные кольца использовались для определения наличия экзопланет вокруг звезд, это новое исследование предлагает способ использования этих борозд для фактической оценки характеристик экзопланет.
«Мы давно понимали, что кольца могут образовываться из концентрированной пыли, скапливающейся непосредственно за орбитами молодых, погруженных в них планет, но до сих пор нам не удавалось связать особенности этих колец с массами планет», — заявила в своем сообщении руководитель группы Амена Фаруки из Астрономической и астрофизической группы Уорикского университета в Великобритании. «Благодаря анализу данных по принципу «между кольцами» мы нашли способ реконструировать массы планет, создающих кольца, даже когда эти планеты слишком тусклые или слишком погружены в них, чтобы наблюдать их напрямую».
«Эти яркие кольца — не просто красивые структуры, они, по сути, являются отпечатками пальцев планет».
Исследование пылевой звёздной системы
Первым шагом, предпринятым Фаруки и его коллегами, стало использование компьютерного моделирования для оценки того, как массы экзопланет будут формировать различные формы колец в протопланетных дисках. Они обнаружили, что ширина пылевых колец и расположение самой яркой точки в этом кольце являются ключевыми факторами при оценке характеристик скрытых экзопланет.
Примечательно, что взаимосвязь между массой планеты и пиковой яркостью создаваемого ею пылевого кольца сохраняется независимо от длины волны света, в которой наблюдается система, а также независимо от размера пылевых частиц в кольце. Это означает, что астрономам не нужно знать точные условия вокруг молодой звезды, чтобы оценить массу её экзопланет.
Ученые проверили свою новую методику, применив ее к планетной системе PDS 70, расположенной на расстоянии около 370 световых лет, которую астрономы изучают с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решетки (ALMA), состоящей из 66 радиоантенн, расположенной на севере Чили.
«Одно из преимуществ этой работы заключается в том, что она не ограничивается областью теории — мы смогли взять результаты моделирования и применить их непосредственно к реальным наблюдаемым системам», — заявила Джессика Спиди из Массачусетского технологического института (MIT) в своем заявлении. «Использование системы PDS 70 в качестве наблюдательной лаборатории, в частности, позволило провести реальную проверку подхода, что дает нам уверенность в том, что эти методы действительно готовы к широкому применению в кратчайшие сроки».
Объект PDS 70 оказался полезным объектом для исследования, поскольку он содержит как минимум две экзопланеты, PDS 70 b и PDS 70 c, и был непосредственно сфотографирован. Метод позволил оценить массу PDS 70 c в соответствии с текущими оценками, составляющими примерно 7,5 масс Юпитера. Результаты исследования также дали неожиданные сведения о процессах формирования планет, а также подняли вопросы, на которые астрономы будут стремиться найти ответы.
«Еще один поразительный результат моделирования заключается в том, что в типичных дисках более массивные формирующиеся планеты могут захватывать в кольцах пыль, в 20 раз превышающую массу Земли», — заявил Ральф Пудриц из Департамента физики и астрономии Университета Макмастера в своем заявлении. «Это подтверждает наблюдения ALMA, но поднимает вопрос о том, почему новые планеты не были обнаружены в захваченной пыли и камешках кольца. Наши результаты показывают, что пыли достаточно много и она достаточно концентрирована, чтобы потенциально запустить процесс формирования планет. Это важное открытие, которое положит начало дальнейшим наблюдениям и теоретическим исследованиям».
В конечном итоге, эта новая методика и ее способность изучать молодые планетные системы могут также помочь нам понять, как сформировалась наша собственная планетная система около 4,6 миллиарда лет назад.
«Больше всего меня радует своевременность. Благодаря тому, что ALMA предоставляет все более подробные изображения дисков, а в будущем появятся новые установки, сейчас самое подходящее время для разработки этих методов», — сказала член команды Фарзана Меру с кафедры физики Уорикского университета. «Сочетание нашей диагностики на основе пыли с наблюдениями за давлением газа откроет новое мощное окно для изучения скрытых планет, формирующих эти диски, и разнообразных планетных систем, которые они в дальнейшем образуют».
Результаты исследования команды были опубликованы в четверг (28 мая) в журнале The Astrophysical Journal.